张友明：微生物技术助农业强，农民富，农村美

庞贝 郑声宇

农业绿色发展事关国家食物安全、资源安全和生态安全，事关美丽中国建设，事关当代人福祉和子孙后代永续发展。以微生物技术创新为龙头，促进绿色农业发展，大有潜力可挖。

2015年，农业部正式启动“减肥减药”行动。

2017年，两办印发《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》，指出“以绿水青山就是金山银山理念为指引……全力构建人与自然和谐共生的农业发展新格局，推动形成绿色生产方式和生活方式，实现农业强、农民富、农村美……”

这些政策的出台，源于我国农业资源环境在外源性污染和内源性污染的双重压力下，可持续发展的瓶颈约束越来越明显;也基于我国消费者在满足吃得饱、吃得好之后，转向科学健康的饮食需求越来越迫切。

其实，现代高效农业发展至今，“减肥减药”再也不是简单做减法，它的底线是粮食“不减产”，目标是农业“增效益”。那么如何在做好减法的同时做好加法，守护好粮食安全底线，实现保供给与保生态的协调统一？

答案就是：依靠科技创新实现农业绿色发展。山东大学微生物技术国家重点实验室主任张友明和他的团队经过长期探索，给出了破题方案——

荧光假单胞固氮菌剂助绿色种植

“荧光假单胞固氮菌剂”，乍听起来有些玄妙，其实它是一种农用微生物菌剂。20世纪40年代有机化学农药发明之后，极大地增强了人类控制病虫危害的能力。但是，长期大量使用有机合成化学农药，带来了环境污染、生态平衡破坏和食品安全等一系列问题。

农用微生物菌剂作为新型肥料，能分解土壤养分、刺激作物生长、提高土壤养分含量，还能够产生多种生理活性物质、增强作物抗病和抗逆性、提高作物产量和品质，在农业生产中应用普遍。

张友明，山东大学微生物技术国家重点实验室主任、微生物技术研究院院长，山东大学-亥姆霍兹生物技术研究所中方所所长。研究领域为微生物基因组编辑和天然药物生物合成。近五年其团队负责的省部级以上科研项目50余项，其中国家级项目23项，发表SCI论文120余篇。2018、2019连续两年被评为“爱思唯尔中国高被引学者”。2019年，被授予“欧洲科学院院士”。

他开辟了肿瘤血管形成和抑制的新领域，首创Red/ET 微生物基因组编辑技术;获批国际国内专利10多项;建立的大片段DNA直接克隆、多片段组装、质粒/基因组/BAC无痕突变修饰等研究平台已在世界三十多家著名生物医药公司和数百家科研机构得到应用;利用Red/ET改造具有肿瘤靶向定植特性的益生细菌以表达抗肿瘤药物和进行动物活体验证为国内首创。

作為微生物技术领域的专家，张友明介绍，农用微生物菌剂指的是用于农作物种植业、畜禽饲养业、水产养殖业及农业有机废弃物无害化处理的活菌制剂，因菌种或菌种组合的差异具有不同的功能和用途，包括：调节动物、植物的微生态平衡，减少疾病;提高植物养分、动物营养的吸收能力，促进生长;加快有机物分解转化，清洁环境，净化水体等。

荧光假单胞菌属于假单胞菌属，能产生活性分子、水解酶等代谢产物，可促进植物生长并抑制植物病害。张友明团队通过对植物根际促生菌荧光假单胞菌种进行定向遗传改造和人工育种，导入固氮基因簇从而增加对植物的促生效果，突破了植物根际微生物的自然固氮极限，实现了化肥农药双减施，获得了药肥一体的微生物菌剂——荧光假单胞固氮菌剂。

荧光假单胞菌本就属于生物农药的杀菌剂范畴，经过改造后的荧光假单胞菌工程菌的杀菌性更为突出，且安全性高，可产生多种活性分子有效治疗植物真菌、细菌，并可以有效防虫害，抗植物病毒病害。团队实验数据表明，改造后其杀菌性提高了5倍左右，该成果已申请并获相关发明专利授权。

现阶段，荧光假单胞菌一般多用于生物农药，用于生物肥料并不突出。张友明团队研发的荧光假单胞菌工程菌由于进行了改良和优化，适用性非常广泛。不仅适用于豆科作物，在拟南芥、紫花苜蓿、长茅草、小麦、玉米、大蒜、番茄、韭菜、大姜、苋草等作物上试验，效果十分显著。农民使用这种产品，只需要花费以往农药药剂的成本，就可以收获农药和化肥的双重功效。减肥减药的同时，为农民带来了看得见的实惠。此外，高浓度的菌剂还可作为土壤修复剂，在连作障碍严重的地区使用，可抵制有害菌生长，减少病菌积累，提高根系活力，增强农作物抗性，提高产量。

张友明团队就该项科研成果已与禹城市农药厂、山东省农药科学研究院和中国化工集团合作共同开发，产品已申报农药登记证。目前项目已落地实施，并与青岛德馨生物科技有限公司合作进行产品的生产和市场推广工作。

CM复合微生物菌剂助绿色养殖

针对养殖业伴生的环境污染问题，团队研发出CM复合微生物菌剂，可以作为生物除臭剂和堆肥调理剂使用，既可降低成本，又具有抑制有害菌、净化环境、降解抗生素、提高产量等多重功效。

“禽流感”“非洲猪瘟”等疫病的发生，加大了养殖业风险，也提高了养殖业的准入门槛，造成了肉蛋奶的涨价风潮，影响民生和食品安全。

CM复合微生物菌剂通过成分中乳酸菌和放线菌的相互配合，产生很强的杀菌能力，能有效抑制和杀死病原微生物、腐败菌和致病菌，避免养殖废弃物对禽畜、作业人员和环境的危害。同时，菌剂还可生物除臭，净化环境。它可有效抑制大肠杆菌等腐败菌的生长，减少因大肠杆菌分解氨基酸产生的氨气等有害气体;菌剂中的硝化菌和反硝化菌可将粪污中的含氮有机质转化为离子化合物，抑制氨气的挥发;菌剂中独有的固氮型假单胞菌类，可以把空气中的氮气转变为铵的形式积累到反应堆中，长期应用可明显降低饲养环境中的氨气、硫化氢、臭气等有害气体浓度，减少疫病诱因，提高堆肥总氮含量;菌剂中的光合细菌能在厌氧光照或好氧黑暗条件下进行光合作用，同时硫氧化菌能够将硫化物或低价态硫的有机物氧化为S单质或SO42-，实现了含硫臭气的去除。

长期以来，抗生素在养殖业中应用普遍，并随着禽畜的排泄物对土壤和环境造成了二次污染。CM复合微生物菌剂中的假单胞菌类、光合菌类、酵母菌类和芽孢杆菌类等组成成分，通过高温发酵可对畜禽废弃物中的头孢类、阿维菌素、红霉素、四环素、金霉素和土霉素等常用抗生素进行生物降解，去除抗生素药物残留，保护环境。

研究发现，用CM复合微生物菌剂长时间参与粪水处理过程后，反应堆中菌群及物质中拟杆菌、毛螺旋菌、梭菌、真杆菌属等产生恶臭及动物疾病的菌落逐渐减少，芽孢杆菌属等部分有益菌群的比例大幅上升。在微生物巢经过3个月持续应用后，垫料水分维持在70%左右，pH值为7，为微生物活性保持提供了保障。同时，由于碳含量下降，反应堆的垫料木质素含量升高，利于粉碎制粒，是生产有机肥的优质原料。

CM复合微生物菌剂作为养殖场的生物除臭剂，不仅绿色环保、处理功效高、适应性广、针对性强，且治理成本较物理、化学方法低60%～70%，再加上极易操作，还可化害为益，在粪便无害化处理的同时进行肥料化，粪污处理从高投入低产出转变为低投入高产出，彻底颠覆了传统，有利于养殖业污染物的资源化利用，促进循环农业发展。目前该项成果已与当地多家企业合作予以推广实施，部分产品已进入生产研发和市场推广阶段。

2020年是全面建成小康社会目标实现之年。为扎实推进质量兴农、绿色兴农，农业农村部2020年3月印发《2020年农业农村绿色发展工作要点》的通知。张友明团队在微生技术领域的研究和创新，为实现农业双减和绿色产业提供了强大的科技支撑。

任重道远，积极推进产学研建设和创新创业融合发展

张友明教授作为山东大学学术带头人和微生物技术国家重点实验室的领导，从来不止步于科研路上的个人成就，他务实而心系民生，带领团队长期致力于科技成果转化工作，并适应时代发展需要，结合当地的资源环境及行业发展所需要突破的关键技术问题，扎实推进产学研建设和创新创业融合发展之路。

他带领团队研发的“新型固氮杀虫杀菌微生物菌剂生产工艺”项目2020年初试生产获得成功，是其践行“校地企”三方合作的突破性进展和标志性产业化项目;团队与青岛易邦生物公司合作研发的非洲猪瘟载体疫苗项目，被列为山东省自然科学基金重大基础研究;团队成果转化项目“共生复合微生物（CMA）在城市污水处理中污泥减量化技术”则为国内首创并达到国际先进水平……

如何将团队诸多已成熟的科研成果尽快转化实施，运用于相关产业、经济社会发展以及服务于百姓健康生活的需求中来，成为张教授多年来不懈求索、攻关克坚所面临的重要挑战。

为了建立成熟的成果转化生态系统，切实实现科研创新服务于经济社会发展的战略大局，张友明教授未曾有一刻松懈，科研之余更多的精力投入到探索和推进产学研和创新生态系统建设上来。在他的努力下，山东大学微生物技术国家重点实验室与青岛啤酒、华为、华大基因、鲁抗等行业领军企业在基因测序、生物信息和健康大数据等方面开展深入的产学研合作;面对当前新冠病毒常态化的严峻形势，他迎难而上，积极与当地政府沟通合作，筹建惠及百姓健康福祉的“国家微生物技术创新中心”和用于病原微生物包括新冠病毒研究的“三级安全实验室”建设;积极推动投资达10亿元、用于小分子药物及健康产品研发的生物医药产业中试基地建设和投资13亿元的细胞医药产业园项目建设;推动建立了聚焦健康产业与绿色制造产业的青岛国际海洋合成生物医药产业园以及聚焦科技创新和产业创新相融合的青岛蓝色经济区生物技术国家重点实验室联合体等10多个产学研合作平台项目。

作为留学海外多年的学者，他深知我们在科研成果转化、创新创业融合发展方面与海外发达国家间存在的差距，回国后，积极致力于推动国际合作和国际化建设的进程。他的科研团队与德国亥姆霍兹联合会Rolf Müller院士团队长期保持密切合作，在双方长期合作和共同努力下，团队在微生物基因组编辑技术领域多年来保持独特的技术优势和创新特色。双方合作成果包括山东大学—亥姆霍兹生物技术研究所（简称“SHIB”研究所）、微生物基因組工程学科创新引智基地以及亥姆霍兹国际实验室等国际合作平台的建立。这些国际合作平台坐落于蓝色硅谷核心区，崂山北麓、黄海之滨、鳌山湾畔，周边有百余所高校院所、国家重大科研平台及各类科技创新创业平台，是进行科学研究、成果转化和孵化的理想场所，也是微生物领域中德科技合作和国际化建设的典范。同时，这些合作平台和产业园的建设，顺应了时代和国家战略性新兴产业的发展需要，创造了更多的就业机会，有利于引导一批重大科技创新项目应用于生物、医药等产业的绿色转型升级，提升我国生物技术新兴产业在目前发展中的竞争力。

农业绿色发展事关国家食物安全、资源安全和生态安全，事关美丽中国建设，事关当代人福祉和子孙后代永续发展。以微生物技术创新为龙头，促进绿色农业发展，大有潜力可挖。

科技创新服务于经济社会发展和人民健康需求是时代发展的必然，也是国家的战略发展需要，张友明教授带领团队在时代赋予的机遇面前，迎难而上，勇于创新，不负使命，展示了一位齐鲁学者心怀民生的家国担当。